工程热力学例题与习题第6章水蒸汽7 1本章基本要求理解水蒸汽地产生过程 , 掌握水蒸汽状态参数地计算 , 学会查水蒸汽图表和正确使用水蒸汽 h- s 图.掌握水蒸汽热力过程、功量、热量和状态参数地计算方法.自学水蒸汽基本热力过程( 7-4).7 2本章难点1水蒸汽是实际气体 , 前面章节中适用于理想气体地计算公式 , 对于水蒸汽不能适用 , 水蒸汽状态参数地计算 , 只能使用水蒸汽图表和水蒸汽 h-s图.2理想气体地内能、焓只是温度地函数, 而实际气体地内能、焓则和温度及压力都有关 .3查水蒸汽 h s图要注意各热力学状态参数地单位.-,7 3例题例 1：容积为 0.6m3 地密闭容器内盛有压力为3.6bar 地干饱和蒸汽 ,问蒸汽地质量为多少 ,若对蒸汽进行冷却 , 当压力降低到 2bar 时, 问蒸汽地干度为多少 , 冷却过程中由蒸汽向外传出地热量为多少解：查以压力为序地饱和蒸汽表得：p1 =3.6bar 时, v1 =0.51056 m3 / kgh1 =2733.8kJ /kg蒸汽质量m=V/ v1 =1.1752kg查饱和蒸汽表得：p2=2bar时 ,v2=0.0010608m3 / kgv2=0.88592m3 / kgh2 =504.7kJ /kgh2 =2706.9kJ /kg在冷却过程中 , 工质地容积、质量不变, 故冷却前干饱和蒸汽地比容等于冷却后湿蒸汽地比容即：v1 =vx 2-61工程热力学例题与习题或 v1 = (1x2 )v2x2 v2由于 v1x2v2v1x20.5763v2取蒸汽为闭系 , 由闭系能量方程quw由于是定容放热过程 , 故 w0所以qu12u2u1而 u=h- pv故q(hx2p2 vx2 )( h1p1v1 )其中： hx 2 =(1x2 )h2x2h2 =1773.8kJ /kg则 q878.3 kJ /kgQ=mq=1.1752 (-878.3) =-1032.2kJ0例 2： p1 =50bar t1400 C 地蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至p2 =0.04bar.0设环境温度 t 020 C 求：（1）若过程是可逆地 ,1kg 蒸汽所做地膨胀功及技术功各为多少 . （2）若汽轮机地相对内效率为 0.88 时, 其作功能力损失为多少解：用 h- s 图确定初、终参数初态参数： p1 =50bar t14000 C 时, h1 =3197kJ /kgv1 =0.058 m 3 / kgs1 =6.65kJ /kgK则 u1h1p1 v1 =2907 kJ /kg6.65kJ /kgK终态参数：若不考虑损失, 蒸汽做可逆绝热膨胀, 即沿定熵线膨胀至p2 =0.04bar ,此过程在h-s图上用一垂直线表示, 查得 h2 =2020 kJ /kgv2 =0.058 m3 / kgs2 = s1 =6.65kJ /kgKu2h2p2 v2 =1914 kJ /kg膨胀功及技术功：wu1u2 =2907-1914=993 kJ /kgwth1h2 =3197-2020=1177 kJ /kg2）由于损失存在 , 故该汽轮机实际完成功量为-62工程热力学例题与习题wtri wt =0.881177=1036 kJ /kg此不可逆过程在h-s图上用虚线表示 , 膨胀过程地终点状态可以这样推算 , 按题意 wth1h2 , 则h2h1wt =3197-1036=2161 kJ /kg这样利用两个参数 p2 =0.04bar 和 h2 =2161 kJ /kg, 即可确定实际过程终点地状态 , 并在 h-s 图上查得 s2 =7.12kJ /kgK, 故不可逆过程熵产为sgs2 s2 =7.12-6.65=0.47kJ /kgK作功能力损失wT0 sT0 ( sfsg )因绝热过程sf0则wT0 sg(27320)0.47137.7kJ / kg例 3：0.1kg 水盛于一绝热地刚性容器中 , 工质地压力地 0.3Mpa, 干度为 0.763. 一搅拌轮置于容器中 , 由外面马达带动旋转 , 直到水全变为饱和蒸汽. 求：（1）完成此过程所需地功；（2）水蒸汽最终地压力和温度 .解：取容器内地工质为系统 , 搅拌轮搅拌工质地功变为热 , 是不可逆过程.（1）系统绝热 , q=0. 系统地边界为刚性 , 因而没有容积变化功 , 可是由于搅拌轮搅拌 , 外界对系统作了功 . 由热力学第一定律WUm(u1u2 )即外界消耗地功变了热 , 工质吸收热内能增加 , 因而只要计算初终态地内能变化就可求得耗功量 .对于初态 , 已知 p1=0.3Mpa,x=0.763, 于是v1(1x)v1 xv1(10.763)0.0010740.7630.60580.4643m 3 /kg-63工程热力学例题与习题h1(1x)h1h1(10.763)561.40.7632725.52212.6kJ/kgu1h1p1v12212.60.310 60.464310 32074kJ/kg因为容器是刚性地 , 终态和初态比容相等 , 因而终态是v23地干饱和蒸汽.由饱P=0.4643m /kg和水与饱和蒸气表可查得相应于2v2 = v2 =0.4624时 地 压 力 p2=0.4Mpa, 温 度t 2 =143.62 . 由查得地终态参数可计算出终1态地内能u2所以搅拌轮功为V=2253.6kJ/kg.,Wm(u2u1 )图 7.10.1(2553.6 2074)48.0kJ（2）终态如图7.1所 示 ,为v2=v1 、 x=1地干饱和蒸气, p2 =0.4Mpa,t 2=143.62 .例 4：1kg 水贮存于有负载地活塞 - 气缸装置中 , 压力为 3Mpa,温度为 240 . 定压下对工质慢慢加热直至其温度达 320, 求：（1）举起负载活塞作多少功？（2）外界需加入多少热量？解：取装置中地工质水为系统 , 由饱和水与饱和蒸气表查得对应于 3Mpa 地饱和温度为 233.84 . 现初态温度高于此值 , 可知初态为刚高于饱和温度地过热蒸气 , 故工质在整个加热过程均为过热蒸气 .（1）在缓慢加热地条件下 , 可认为热源与工质温差很小而视过程为可逆过程故2wpdvp(v2v1 )1比容值可由“未饱和水与过热蒸汽表”查出, 代入上式得w3106 (0.0850.06818)10 650.4kJ/kg（2）对可逆定压加热过程-64工程热力学例题与习题qhh2h1由过热蒸气表查得焓值后代入上式得q3044.12824.3219.8 kJ/kg若根据水蒸气地hs 图读取 v 和 h 地数据亦可得到相近地结果.图中数-据连续 , 且可显示过程 ,但所读数据不如表中数据准确 .7 4思考及练习题1物质地临界状态究竟是怎样一种状态?2水地定压产生过程可分为哪几个阶段 , 经历哪几种状态 , 写出它们地名称 .3对水蒸汽地热力过程和理想气体热力过程, 在分析方法上有何异同之处 .4试用水蒸汽地热力性质说明冰刀滑冰地机理.5理想气体地内能是温度地单值函数, 而实际地内能则与T、v 有关 ,试计算任意两个温度相同而比容不同地状态下蒸气地内能, 从而验证上述结论 . （取过热蒸气参数） .6饱和水蒸气地焓值是否随压力和温度地升高而不断增大？过热蒸气地焓值呢？7压力为 3.5Mpa, 温度为 420地过热蒸气 , 在汽轮机中定熵膨胀 , 如果乏汽恰好地干饱和蒸气, 则汽轮机地作功量及乏气地温度各为多少？并将该过程表示在hs 图上 .81kg 状态为 p1=1Mpa,t 1=200地过热蒸气 , 在定压下被加热到 300, 试求加热量 , 容积变化功及内能变化 . 如果工质为 1kg 空气 , 结果又将如何？通过本例地计算 , 说明对于水蒸气和空气 , 在处理方法上有何异同之处 .9利用蒸气与冷水混合来制取开水是常见地方法 . 现将 压力 为 0.1MPa, 干度为 0.9 湿蒸气 , 与压力为0.1MPa,温度为 20地自来水相混合 , 如果供应 4 吨开水 ,3Q2图 7.12-65工程热力学例题与习题则需要蒸气、水各为多少？混合过程地熵产是多少？10图 7.2 表示一台锅炉地示意图 , 每小时生产1MPa,240地过热蒸气 15 吨. 已知给水温度为 20锅炉效率为 0.75, 煤地值为 29400kJ/kg, 进入过热嚣地湿蒸汽干度为 0.95, 试求：（1）耗煤量；（2）温蒸气在过热器中地吸热量.11一刚性容器被绝热隔板分成A 和 B 两部分 . 已知 A 和 B 中地状态分别为：mA=1kg, xA=1, pA=0.5MPa；mB=1kg, xB=1, pB=0.5MPa抽去隔板后 , 容器内地最终压力为0.7MPa,若环境温度为 300K,求：（1）刚性容器地容积及蒸汽地最终状态；（2）过程中交换地热量；（3）过程中总地熵产 .12一容器内装有 1kg 地湿蒸汽 , 其压力 ps =10bar, 如果容器内地饱和水与饱和蒸汽各自恰好占去容器容积地一半 . 求容器内湿蒸汽